- 铝的化学性质和冶炼
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明矾石经处理后得到明矾[KAl(SO4)2·12H2O]。从明矾制备Al、K2SO4、和H2SO4的工艺过程如下所示:
焙烧明矾的化学方程式为:4KAl(SO4)2·12H2O + 3S = 2K2SO4 + 2Al2O3 + 9SO2 + 48H2O
请回答下列问题:
(1)在焙烧明矾的反应中,还原剂是 。
(2)从水浸后的滤液中得到K2SO4晶体的方法是 。
(3)Al2O3在一定条件下可制得AlN,其晶体结构如图所示,该晶体中Al的配位数是 。
(4)以Al和NiO(OH)为电极,NaOH溶液为电解液组成一种新型电池,放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)2,该电池反应的化学方程式是 。
(5)焙烧产生的SO2可用于制硫酸。已知25℃、101kPa时:
2SO2(g)+ O2(g)2SO3(g) △H1 = -197 kJ /mol;
H2O(g)H2O(l) △H2 = -44 kJ/mol;
2SO2(g)+ O2(g)+ 2H2O(g)=2H2SO4(aq) △H3 = -545 kJ/mol。
则SO3(g)与H2O(l)反应的热化学方程式是 。
焙烧948 t明矾(M =" 474" g/mol),若SO2的利用率为96%,可产生质量分数为98%的硫酸 t。
正确答案
(1)S (2分)
(2)蒸发结晶(2分)
(3)4 (2分)
(4)Al+3NiO(OH)+H2O==NaAlO2+3Ni(OH)2 (3分)
(5)SO3(g)+H2O(l)==H2SO4(aq), ΔH="-130" KJ/mol (3分) 432t (3分)
试题分析:本题氧化还原反应、物质的分离和提纯、物质的结构等知识点融合到工艺过程中,还考查了原电池原理及热化学方程式的书写,难度适中。
混合物A中含有KAl(SO4)2·12H2O、Al2O3和Fe2O3,通过下图所示方法可分离回收Al2O3和Fe2O3:
回答下列问题:
(1) 滤渣Ⅰ的主要成分是(填化学式) 。
(2) 为了使滤渣Ⅰ中某些成分溶解,便于分离出Fe2O3,所加入的试剂Ⅰ是(填化学式) ,发生反应的离子方程式是: 。
(3) 向滤液Ⅰ中加入过量氨水可得到白色沉淀,反应的离子方程式是: 。
(4) 滤渣Ⅲ的主要成分是(填化学式) ;滤渣Ⅲ在一定条件下反应生成 Al2O3,反应的化学方程式是 。
正确答案
(14分)
(1) Fe2O3 、Al2O3 (4分)
(2) NaOH ; Al2O3 + OH- = 2AlO2- + H2O (4分)
(3) Al3+ + 3NH3·H2O = Al(OH)3 ↓ + 3 NH4+ (2分)
(4) K2SO4 Al(OH)3 ;Al(OH)3Al2O3 + 3 H2O (4分)
试题分析:(1) Al2O3、Fe2O3不溶于水,故滤渣Ⅰ的主要成分是Fe2O3 、Al2O3。
(2) Al2O3与碱反应,而Fe2O3不与碱反应,故加入的试剂Ⅰ是NaOH,发生反应的离子方程式是Al2O3 + OH- = 2AlO2- + H2O。
(3) Al3+与氨水发生反应生成白色沉淀,其白色沉淀不再与氨水发生,故反应的离子方程式是Al3+ + 3NH3·H2O = Al(OH)3 ↓ + 3 NH4+。
(4)在整个流程中,K+、SO42-都不参加反应,故滤渣Ⅲ的主要成分是K2SO4;滤渣Ⅲ是沉淀Al(OH)3,加热分解生成Al2O3,反应的化学方程式是Al(OH)3 ;Al(OH)3Al2O3 + 3 H2O。
点评:本题是有关实验方案的设计的考查,要求学生熟悉所实验的内容及原理,能够考查同学们进行分析问题、解决问题的能力。
由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气,这些杂质可采用吹气精炼法除去,产生的尾气经处理后可用钢材镀铝。工艺流程如下:
(注:NaCl熔点为801℃;AlCl3在181℃升华)
(1)工业上电解法获得金属铝的过程中,须在氧化铝中加入_________,其目的是__________________。
(2)精炼前,需清除坩埚内的氧化铁和石英砂,防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质,铝与氧化铁反应的化学方程式为:__________________。
(3)将Cl2连续通入粗铝熔体中,杂质随气泡上浮除去。气泡的成分有_________;固态杂质粘附于气泡上,在熔体表面形成浮渣,浮渣中的物质有__________________。
(4)在用废碱液处理A时,写出主要反应的离子方程式_________。
(5)镀铝电解池中,以钢材镀件和铝为电极,熔融盐做电解液。则金属铝为_______极。电镀选择在170℃下进行的原因是__________________。采用的加热方式最好是_________。(填字母选项)
A、水浴 b、油浴 c、直接强热快速升温至170℃
(6)钢材表面镀铝之后,能有效防止钢材腐蚀,其原因是_________。
正确答案
(1)冰晶石或Na3AlF6;降低氧化铝熔融所需的温度
(2)2Al+Fe2O32Al2O3+2Fe
(3)Cl2、HCl和AlCl3;NaCl
(4)Cl2+2OH- == Cl- + ClO-+ H2O、 H+ + OH- ==H2O
(5)阳极;防止氯化铝升华损失; b
(6)铝在钢材表面形成致密的氧化铝膜,保护了内层金属
(6分)某氧化铝样品中含有氧化铁和二氧化硅杂质,现欲制取纯净的氧化铝,某同学设计如下的实验方案。回答下列问题:
(1)操作①的名称 ;
(2)沉淀A的化学式是___________,滤液B中的阴离子除了Cl—、OH—外还有______________;
(3)步骤④的化学方程式为______________________________________;
(4)在操作②中要用到的玻璃仪器除了烧杯、玻璃棒,还有_________________。
正确答案
(1)过虑 (2)SiO2 AlO2- (3)2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O (4)普通漏斗
二氧化硅不溶于盐酸,通过过滤即得到沉淀A。滤液中含有的是过量的盐酸,生成的氯化铁和氯化铝。加入过量的氢氧化钠溶液后氯化铁生成氢氧化铁沉淀,氯化铝生成偏铝酸钠,过滤即得到氢氧化铁沉淀。此时滤液中含有过滤的氢氧化钠和生成偏铝酸钠以及氯化钠,通入过量的二氧化碳即可以生成氢氧化铝沉淀。氢氧化铝不稳定,加热分解生成氧化铝。
某课外小组对一些金属单质和化合物的性质进行研究。
(1)下表为“铝与氯化铜溶液反应”实验报告的一部分
按反应类型写出实验中发生反应的化学方程式各一个(是离子反应的只写离子方程式) 置换反应
_________________;化合反应___________________。
(2)用石墨作电极,电解上述实验分离出的溶液,两极产生气泡。持续电解,在阴极附近的溶液中还可观察到的现象是_________________________。解释此现象的离子方程式是____________________。
(3)工业上可用铝与钦锰矿(主要成分为MnO2)反应来冶炼金属锰。
①用铝与软锰矿冶炼锰的原理是(用化学方程式表示)________________________。
②MnO2在H2O2分解反应中作催化剂。若将适量MnO2加入酸化后的H2O2溶液中,MnO2溶解产生Mn2+,该反应的离子方程式是_________________________。
正确答案
(1)2Al+6H+==2Al3++3H2↑或2Al+3Cu2+==2Al3++3Cu;2Cu+O2+H2O+CO2==Cu2(OH)2CO3 (2)白色沉淀生成,后沉淀逐渐溶解至消失;Al3++3OH-==Al(OH)3↓、Al(OH)3+OH-==AlO2-+2H2O
(3)①3MnO2+4Al3Mn+2Al2O3;②MnO2+H2O2+2H+==Mn2++O2↑+2H2O
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